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卷板機企業流程工業的智能制造技術 |
| 發布時間：2022/12/14 |
流程工業是一類高度復雜的工業系統，不僅伴隨有物理、化學反應過程和生化反應過程，還有物質與能量的傳遞、轉換過程，其過程特征多表現為大范圍連續性和不確定性、高度非線性和強耦合性，加上流程工業的卷板機企業決策、經營銷售、計劃調度、物資供應、庫存運輸、產品開發的鎖鏈關系，給流程工業實現卷板機企業綜合管理、調度、優化和控制帶來了超大的難度，僅靠基于精確數學模型和解析數學方法的控制與優化理論或某種孤立的自動化技術是不能解決好問題的，應用智能制造技術和系統將是解決流程工業復雜綜合自動化的一種途徑。結合流程工業特點，我們認為設計CIPS應該遵循以下指導思想。
1)內容與途徑的研究要體現流程工業的特點并具有代表性和指導性
鑒于流程工業的特點，CIPS的設計不僅要考慮現有的組織機構和人員配置的特點，而且要考慮各種狀態因素和行為因素的影響，從流程工業卷板機企業實際需要出發，抓住生產“瓶頸”，以經濟效益為驅動，使其能夠符合現代生產、管理、控制和技術等方面的需要，并不斷推進CIPS工程的深人發展。因此，CIPS的研究必須結合流程工業的特點，體現流程工業自身的工業生產特征。同時，基于流程工業在技術、管理、經濟以及工程方面獨特的特征，CIPS具有其自身的關鍵技術、問題及理論，其研究指導思想、設計方法、體系結構與參考模型均與離散工業制造系統有差異，尤其表現在生產調度、監控及應用系統等方面。
同時，我們強調內容和途徑的研究要具有代表性和指導性。例如，煉油卷板機企業作為典型的流程工業，它是以石油為原料，經過各種復雜的化工和物理過程(如反應、蒸餾、分離、傳熱、傳質等)，生產各種油品和石化產品的產業，技術與資金密集、規模大、流程長、過程復雜是其基本特征。它的橫向生產過程是一個物流過程，包括原料進廠、存儲、生產、運輸，以及為之服務的公用工程與維護，廣義上講，包括了卷板機企業生產經營的各個環節和整個供應鏈。縱向業務過程又體現了從生產、調度、計劃、管理到決策的整個過程。同時，從我國CIPS工程的研究與實施情況看，大部分是針對煉油與石化卷板機企業的。因此，以煉油卷板機企業為典型對象研究CIPS是具有代表性的，研究成果對其他流程工業卷板機企業同樣具有指導性。
2)實現體系結構向ERP(卷板機企業資源計劃)／MES(制造執行系統)／PCS(過程控制系統)過渡，強調MES的重要性
MES將生產活動和管理活動的信息集成并集中于MES，諸如汽車、半導體、電子、航空等行業。MES是處于計劃層和控制層之間的執行層，主要負責生產管理和調度執行。 MES注重知識的提取和相關信息的集成，目的是縮短生產周期、改善產品質量、縮短 WIP(work—in—progress)、減少或消除移動中的紙上工作、縮短訂貨至交貨的時間、提高操作人員能力，從而提高卷板機企業效益和競爭力。可以說，CIPS發展的關鍵就是MES。目前， ERP／MES／PCS已成為國外CIPS理論和產品的主流框架，大有替代Purdue五層結構(決策一管理一調度一監控一直接控制)的趨勢。CIPS中，PCS層的信息集成技術已相當成熟，ERP層的理論與技術與離散工業大同小異，下層生產過程的實時信息和上層卷板機企業資源管理等的各類信息都在MES層中融合與貫通，并通過信息集成形成優化控制、優化調度和優化決策等的判斷或指令。可以說，流程卷板機企業生產過程的安全、穩定、均衡、優質、高產、低耗和少污染目標的實現，卷板機企業內部物流的控制與管理、生產過程成本的控制與管理等生產管理活動都在MES層完成，因此MES層的信息集成至關重要，它是CIPS研究與發展的關鍵，而實施MES的關鍵又在于體系結構和關鍵技術的解決。另外，必須調知識的重要性，MES應該以知識為主線，體現知識驅動。
3)體現生命周期和集成平臺的設計思想
一個大型復雜的自動化系統由立項到建成，需要經歷生命周期的各個階段，如可行論證、需求分析、初步設計、詳細設計、開發實施、運行維護等。在各個階段中，既要完本階段的特定任務，又要相互銜接，前一階段為后一階段準備必要的信息，后一階段比一階段更為具體，考慮更多的現實條件。因此，應當把整個生命周期的各個階段聯系來，建立全過程體系結構，而不是孤立地用最終實現的“應用系統”的結構來代替全過的體系結構，這一思想近年來已被國內外研究體系結構的學術團體普遍接受。按照生周期觀點建立起來的系統體系結構比單純的最終系統結構能更全面地指導系統的分、設計、實施及運行的全過程。
系統集成的實現，對于各種不同的應用軟件的接口，采用逐級支持的方式：計算機一絡一分布式數據庫一應用集成一應用軟件。為了減少集成的復雜程序，應付系統變更擴充，促進標準化，人們已不再采用一個個應用軟件及相互間接口的獨立開發方法，而：引入CIPS體系結構的基本思想，提出軟件開發平臺的概念。“集成平臺”某種意義上：一個軟件平臺，當然也離不開硬件平臺的支撐，對下支持異構的信息環境，對上實現應 f軟件的集成，即各種應用軟件可方便地引入，以有效地實現信息集成和功能集成。采『集成平臺給CIPS的實現帶來很大好處：一是可減少集成的復雜程度，作為應用系統， l僅要求任務與平臺發生聯系，而不必知道任務與其他應用系統的聯系；二是平臺的適：性和通用性強，能適應用戶不斷變化的要求，將來自應用系統的結構關系、交互機制、信息形式、數據結構、通信協議的信息傳送并放人集成基礎設施中，使系統便于修改；三：可促進標準化，在平臺與應用系統之間建立一個一致性接口，使之成為一個系統的標!模塊。
4)強調基于模型的結構化設計方法
基于模型驅動的信息集成方法可用于建立卷板機企業重構信息集成模型，其主導思想是在先進制造哲理思想的指導下，首先建立卷板機企業制造系統的體系結構模型，然后根據一般；參考模型，并結合卷板機企業的具體情況，建立卷板機公司的各個域中的各個層次模型；再利用合適的建成平臺，對各種可行方案進行仿真，并最終確定卷板機企業的集成方案。實現基于模型驅動的信息集成方法需要有一個工作平臺，它不僅包括一系列工具，如建模工具(由實體到模型，由具體到抽象)和仿真工具，支持在不同層次上的仿真，從高層的戰略計劃到底層的皇細設計與實施的模型仿真；而且包括評估準則，對每套方案進行仿真時，在不同層次上面應當有相應的評判標準，以考評系統的表現。因此，模型驅動的體系結構實質上就是 E一個建造好的工作平臺上進行以下幾項工作。首先利用各種工具建造好現有系統的多個不同層次的模型，其次參照典型的卷板機企業概念模型在卷板機企業高層的參與下設計出理想的￡者說是期望的卷板機企業模型，最后按各生命在各階段的一致性、準確性，而且要盡量減少工作量，同時應選取不同的解決方案。
5)強調人的作用
如果不充分考慮人的行為因素，不但CIPS的初級階段，就是優化調度等局部系統也很難取得成功，必須從一開始就充分重視人、組織、環境等行為因素的影響；而且一個 CIPS或其子系統必須包括計算機軟硬件系統、人一機交互系統和工具以及用戶三部分的集成。
6)融合生產全流程的大數據信息，提供智能決策
在原有自動化系統的基礎上，充分融合人的知識，應用大數據、云計算、(移動)網絡通信和人一機交互的知識型工作自動化以及虛擬制造等現代信息技術，從生產、管理以及營銷全過程優化出發，推進以高效化、綠色化和智能化為目標的流程工業智能優化制造系統，不僅要實現制造過程的裝備智能化，而且制造流程、操作方式、管理模式也實現自適應智能優化，使得卷板機企業經濟效益和社會效益最大化。
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